Made twiddle pointer in mdct more explicit
[opus.git] / libcelt / mdct.c
1 /* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
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5    modification, are permitted provided that the following conditions
6    are met:
7    
8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10    
11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
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14    
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29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30 */
31
32 /* This is a simple MDCT implementation that uses a N/4 complex FFT
33    to do most of the work. It should be relatively straightforward to
34    plug in pretty much and FFT here.
35    
36    This replaces the Vorbis FFT (and uses the exact same API), which 
37    was a bit too messy and that was ending up duplicating code 
38    (might as well use the same FFT everywhere).
39    
40    The algorithm is similar to (and inspired from) Fabrice Bellard's
41    MDCT implementation in FFMPEG, but has differences in signs, ordering
42    and scaling in many places. 
43 */
44
45 #ifdef HAVE_CONFIG_H
46 #include "config.h"
47 #endif
48
49 #include "mdct.h"
50 #include "kfft_double.h"
51 #include <math.h>
52 #include "os_support.h"
53 #include "mathops.h"
54 #include "stack_alloc.h"
55
56 #ifndef M_PI
57 #define M_PI 3.141592653
58 #endif
59
60 void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
61 {
62    int i;
63    int N2;
64    l->n = N;
65    N2 = N>>1;
66    l->kfft = cpx32_fft_alloc(N>>2);
67    l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
68    /* We have enough points that sine isn't necessary */
69 #if defined(FIXED_POINT)
70 #if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
71    for (i=0;i<N2;i++)
72       l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
73 #else
74    for (i=0;i<N2;i++)
75       l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(EXTEND32(i),17),16386),N));
76 #endif
77 #else
78    for (i=0;i<N2;i++)
79       l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
80 #endif
81 }
82
83 void mdct_clear(mdct_lookup *l)
84 {
85    cpx32_fft_free(l->kfft);
86    celt_free(l->trig);
87 }
88
89 void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out)
90 {
91    int i;
92    int N, N2, N4;
93    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
94    SAVE_STACK;
95    N = l->n;
96    N2 = N>>1;
97    N4 = N>>2;
98    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
99    
100    /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
101    /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
102    {
103       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
104       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in+N4;
105       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+N2+N4-1;
106       kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
107       kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
108       for(i=0;i<N/8;i++)
109       {
110          kiss_fft_scalar re, im;
111          /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
112          re = -HALF32(xp1[N2] + *xp2);
113          im = -HALF32(*xp1    - xp2[-N2]);
114          xp1+=2;
115          xp2-=2;
116          /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
117             (MIXED_PRECISION only) */
118          *yp++ = S_MUL(re,t[0])  -  S_MUL(im,t[N4]);
119          *yp++ = S_MUL(im,t[0])  +  S_MUL(re,t[N4]);
120          t++;
121       }
122       for(;i<N4;i++)
123       {
124          kiss_fft_scalar re, im;
125          /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
126          re =  HALF32(xp1[-N2] - *xp2);
127          im = -HALF32(*xp1 + xp2[N2]);
128          xp1+=2;
129          xp2-=2;
130          /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
131             (MIXED_PRECISION only) */
132          *yp++ = S_MUL(re,t[0])  -  S_MUL(im,t[N4]);
133          *yp++ = S_MUL(im,t[0])  +  S_MUL(re,t[N4]);
134          t++;
135       }
136    }
137
138    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
139    cpx32_fft(l->kfft, out, f, N4);
140
141    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
142    {
143       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
144       const kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
145       kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
146       kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N2-1;
147       kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
148       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
149       for(i=0;i<N4;i++)
150       {
151          *yp1 = -S_MUL(fp[1],t[N4]) + S_MUL(fp[0],t[0]);
152          *yp2 = -S_MUL(fp[0],t[N4]) - S_MUL(fp[1],t[0]);
153          fp += 2;
154          yp1 += 2;
155          yp2 -= 2;
156          t++;
157       }
158    }
159    RESTORE_STACK;
160 }
161
162
163 void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out)
164 {
165    int i;
166    int N, N2, N4;
167    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
168    SAVE_STACK;
169    N = l->n;
170    N2 = N>>1;
171    N4 = N>>2;
172    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
173    
174    /* Pre-rotate */
175    {
176       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
177       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in;
178       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+N2-1;
179       kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
180       kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
181       for(i=0;i<N4;i++) 
182       {
183          *yp++ = -S_MUL(*xp2, t[0])  - S_MUL(*xp1,t[N4]);
184          *yp++ =  S_MUL(*xp2, t[N4]) - S_MUL(*xp1,t[0]);
185          xp1+=2;
186          xp2-=2;
187          t++;
188       }
189    }
190
191    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
192    cpx32_ifft(l->kfft, out, f, N4);
193    
194    /* Post-rotate */
195    {
196       kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
197       for(i=0;i<N4;i++)
198       {
199          kiss_fft_scalar re, im;
200          re = fp[0];
201          im = fp[1];
202          /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
203          fp[0] = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
204          fp[1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
205          fp += 2;
206       }
207    }
208    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
209    {
210       const kiss_fft_scalar * restrict fp1 = f;
211       const kiss_fft_scalar * restrict fp2 = f+N2-1;
212       kiss_fft_scalar * restrict yp = out+N4;
213       for(i = 0; i < N4; i++)
214       {
215          *yp++ =-*fp1;
216          *yp++ = *fp2;
217          fp1 += 2;
218          fp2 -= 2;
219       }
220    }
221
222    /* Mirror on both sides for TDAC */
223    {
224       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = out+N2-1;
225       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = out+N2;
226       kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
227       kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N-1;
228       for(i = 0; i < N4; i++)
229       {
230          *yp1++ =-*xp1--;
231          *yp2-- = *xp2++;
232       }
233    }
234    RESTORE_STACK;
235 }
236
237